稀土对铝合金Si相的影响

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二 〇 一 四 年 十 二 月
本科科研训练论文 题 目：稀土对铝合金S i 相的影响 学生姓名： 学 院：材料科学与工
程 系 别：材料与冶金工程 专 业：金属材料工程 班 级：金属11-2班 指导教师：
摘要
铝合金具有密度小、强度高、加工性能好等优点，被广泛应用于汽车工业、航天航空、船舶运输领域。

稀土作为一种功能优异、储量丰富的铝硅合金变质剂，已有大量研究。

在常规铝合金的组织中，存在针状的共晶硅和粗大的形状复杂的初晶硅，恶化了合金的性能。

在工业上采用变质处理来改变硅相的形貌，使其以有利的形状，较小的尺寸均匀分布在基体中。

采用SR、RE等稀土元素来变质共晶硅。

稀土对对铝合金的影响是多方面的，能对共晶硅相起变质作用，显著提高合金的力学性能。

随着合金中稀土含量的增加，稀土元素在合金中的存在形式发生变化。

稀土元素能够与合金中的多种元素形成化合物，当含量过量时会有一些富稀土元素的粗大块状多元相和纯稀土质点出现。

微量稀土能够影响合金的时效过程，稀土的加入能提高合金峰时效硬度，减小铝合金的时效速度，推迟合金时效硬化峰的到来，延缓合金的过时效软化。

关键词：铝合金；稀土；硅相；微观组织
Abstract
Al alloys,which boasts lower density,high specific strength,and well process ability and casting performances,is widely used in transportation and aviation industry.In this sense,many researches have been focused on the Rare Earth modification mechanism since it is considered an ideal modification additive for Al alloys.
But in the normal microstructures of casting Al alloys,usually consist of coarse primary silicon and needlelike or lamellar eutectic silicon which greatly aggravated the mechanical properties of these alloys.Generally,Sr、RE、Sb elements have been used to modify the morphology and size of eutectic silicon.
The effect of rare earth addition on Al alloy shows different ways.Not only it is effective to refine the primary Si phase，but also has the modifying effect on eutectic silicon.With the increase of RE in Al alloy,the existent form Of RE appears to change and form intermetallic compounds with the some elements in the alloy。

But when rare earth metal is used in an excess amount,there will be some blocky shapes of multiple-phases which are rich of RE and simple RE particles appear.The addition of RE improves the peak aging—hardness and slows down the velocity of hardness-aging Of Al alloy,at the same time postpones the occurrence of hardness peaks of aging treatment and the softening of over-aging.
KEY WORDS :Al alloy;rare earth;microstructure
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目录
摘要 (2)
Abstract (3)
目录 (4)
第一章绪论 (1)
第二章铝合金及稀土概况 (2)
2.1铝合金概况 (2)
2.1.1铝合金的物理性能 (2)
2.1.2铝合金的力学性能 (2)
2.1.3铝合金的耐磨性能 (3)
2.2稀土概况 (3)
2.2.1稀土的化学性质和冶金性能 (3)
2.2.2稀土的物理性质 (4)
2.2.3 稀土的应用 (4)
2.3稀土在铝合金的应用 (6)
2.3.1变质作用 (6)
2.3.1净化作用 (6)
2.3.2细化晶粒作用 (6)
第三章稀土对铝合金硅相的影响 (7)
3.1稀土对Si相影响 (7)
3.1.1 稀土对初晶硅的变质作用 (7)
3.1.2 稀土对共晶硅的变质作用 (7)
3.2具体稀土元素对铝合金中Si相的影响 (8)
3.2.1 Ce对Si相的影响 (8)
3.2.2 Nd对Si相的影响 (9)
3.2.3 La对Si相的影响 (9)
3.2.4 Y对Si相的影响 (10)
3.2.5 La、Y共同对Si相的影响 (10)
3.2.6 Er对Si相的影响 (10)
第四章稀土影响Si相原因 (12)
结论 (14)
参考文献 (15)
辞谢 (17)
第一章绪论
随着铝合金的应用越来越广泛，人们对铝合金提出了更高的要求，探索高性能铝合金材料是科技工作者追求的目标。

在过共晶铝硅合金中，初晶硅、共晶硅和共晶铝相是其主要组织。

初晶硅的形貌及颗粒大小直接关系到合金材料使用的力学性能，当初晶硅的颗粒粗大且棱角锋利时，会降低其使用性能，因此改善硅相的形状和颗粒尺寸非常关键。

在工业生产中，常采用稀土元素对铝及铝合金进行变质处理，变质处理对提高铝合金的性能、延长使用寿命具有积极作用。

本文阐述了稀土元素对铝合金的硅相起到什么影响，以及其产生的机理。

第二章铝合金及稀土概况
2.1铝合金概况
铝硅多元合金活塞广泛用于汽车、摩托车、汽油机、柴油机、船舶、空压机、冷冻压缩机、舷外机、工程机械、农机、军工等领域。

活塞是传递能量和介质的重要部件，其性能的好坏直接影响到发动机或整体的性能。

对活塞的要求应满足下列条件：密度和热胀系数小，尺寸稳定性好，抗咬合性和耐磨性能好，具有满足使用要求的力学性能等。

用铝硅多元合金作为发动机活塞材料，从成分选择上经历了由亚共晶、共晶到过共晶的发展过程。

目前国内外广泛应用的铝硅合金是亚共晶及共晶合金，常成为中小型内燃机活塞的首选材料，而过共晶Al-Si合金处于开发段[1]。

目前国内高负荷汽、柴油机用活塞多数采用共晶铝硅合金铸造，这种合金具有较好的力学性能、铸造性能和切削性能。

但在应用中存在的问题是高温强度和耐磨性较差，尺寸稳定性较差。

在此情况下，为防止拉缸、抱缸，被迫放大配缸间隙，因而会带来窜油、窜气，油耗、噪音的增加。

过共晶铝硅合金具有优异的低膨胀性能，高耐磨性和耐蚀性，较小的密度和良好的导热性，是制造发动机活塞较理想的材料。

这类合金的主要缺点是脆性大，切削加工性差[2]。

要改善过共晶铝硅合金的切削加工性能，必须同时对共晶Si、初晶Si进行变质处理，细化、球化初晶Si、共晶Si，才能使其得以广泛应用。

2.1.1铝合金的物理性能
以A390过共晶铝硅合金为例，过共晶铝硅合金的导热系数较高，约为灰铸铁的2至3倍;热膨胀系数略高于灰铸铁，而密度比灰铸铁低的多。

2.1.2铝合金的力学性能
以过共晶铝硅合金为例，经过合适的变质处理，合金能获得满意的机械性能。

随着温度的升高，合金的强度降低而塑性提高。

在成分选择合适并经过变质处理的条件下，过共晶铝硅合金的高温强度可以超过共晶合金。

国内也对过共晶铝硅合金和共晶合金的物理性能进行了对比试验，和共晶合金相比，过共晶合金具有较高的弹性模量和较好的体积稳定性。

2.1.3铝合金的耐磨性能
以过共晶铝硅合金为例，其具有很好的耐磨性，研究发现通过细化变质处理或粉末冶金等方法还可以使合金的耐磨性得到改善。

定量评价合金的耐磨性是很困难的，因为耐磨性除与自身成分有关外，还与磨损条件有很大关系。

研究Al-(15-45)%Si粉末锻造合金的耐磨性发现，随硅含量的增加，合金的磨损量减少，耐磨性提高，Al-45%Si相对于Al-15%Si磨损量下降50%以上。

同时也研究了在Al-15%Si中添加2%Cu和1%Mg对耐磨性的影响。

结果表明：合金中添加Cu、Mg对改善耐磨性的作用并不明显，研究认为提高合金耐磨性的主要因素是合金中硬质Si相。

有科学家研究了三种滑行速度下合金的磨损情况，结果表明：在速度为2.0m/s时合金的磨损量最大，而在0.5m/s，3.5m/s滑行速度下合金的磨损量相对较小，这说明该合金在一定的合适的滑行速度下才能获得较高的耐磨性。

有科学家研究了不同耐磨材料和表面处理对合金耐磨性的影响。

结果表明：不同耐磨材料对同一种Al-Si合金的耐磨性有很大影响，Al-Si合金与钢相互摩擦表现出较高的耐磨性，而Al-Si合金与Al-Si合金摩擦则表现出相对较低的耐磨性。

若对合金表面进行Ni-P喷镀处理，其耐磨性可提高5-8倍，若相互摩擦材料都进行表面处理，其耐磨性提高10倍以上。

2.2稀土概况
稀土元素是典型的金属元素。

其中镧系元素4f亚层的轨道电子，由于被外层的5s和5p层电子有效地屏蔽，不能参与成键，因此导致它们具有两个非常突出的特点，即化学性质非常相似(给彼此的分离造成了困难)及物理性质差别明显，给应用开发创造了多方面的机遇。

2.2.1稀土的化学性质和冶金性能
经湿法冶金与化学提纯获得的稀土氯化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物和其他卤化物及稀土氧化物，因外层电子排布(构型)的相似。

其氧化态基本上为正三价。

但内层4f电子的数目对价态也有一定影响，铈、镨、铽可氧化成四价，形成相应的稳定氧化物CeO2、Pr6O11、Tb4O7，钐、铕、镱可还原成二价，形成SmS等反常价态化合物。

稀土金属是化学活性极强的元素，对氢、碳、氮、氧、硫、磷和卤素具有
极强的亲和力。

轻稀土金属于室温在空气中易于氧化，重稀土与钪和钇在室温形成氧化保护层，因此一般将稀土金属保存在煤油中，或置于真空及充以氩气的密封容器中。

稀土金属是原子半径较大的电正性元素，除各稀土元素彼此间及稀土与锆、钍和镁、锌、镉、汞等二价金属形成多种固溶体外，稀土金属与其他金属元素形成的二元R-M系金属间化合物(R与M分别为稀土金属与非稀土金属)就在3000种以上。

其中RM2、BM、RM3和R5M3依次各占已知R-M型金属间化合物的20%、17%、12%和7%，RM5和R2M17，各占5％。

单稀土与铁、钴、镍形成的金属间化合物就已经超过200种。

至于Nd2Fe14B等三元化合物型合金的数目更是难以计数。

此外，稀土易与碳形成强键及其易于获得和失去电子的能力，特别是铈的储氧能力，使稀土成为催化性能非常突出的金属元素。

2.2.2稀土的物理性质
稀土金属为一组呈铁灰色到银白色有金属光泽的金属，一般较软、可锻、有延展性，在高温下呈粉末状其反应性尤为强烈。

其中铈的熔点为798℃，而镥的熔点为1663℃，差别明显。

稀土元素的磁性质是由未充满4f电子层内的未成对电子引起的。

其中镝和钬的原子磁矩最大，钐、铈、镨和钕与强磁性的铁和钴的配伍性最好，能产生极强的相互作用，形成SmCo5和Nd2Fe14B等把磁畴保持在一起高度抗退磁的材料。

此外，一些稀土元素的磁热效应、磁致冷、磁致伸缩和磁光效应都充分展现了各稀土元素所特有的个性，为稀土的应用开发打开了重重深锁的大门。

稀土元素的电子能级和谱线较普通元素更多种多样，它们可以吸收和发射从紫外、可见到红外谱区各种波长的电磁辐射，仅钆原子的某个激发态就有多达36000个能级。

由于稀土元素4f亚层未成对电子与其他元素外层电子如d电子间的相互作用，形成丰富多彩、性能各异的稀土材料系列。

而与荧光、激光、阴极射线发光、电致发光、电光源以及瓷釉着色、玻璃色调的调整等相关的稀土材料及其应用都离不开稀土光谱中的发射与吸收，离不开稀土激光、荧光、电致发光等与能级跃迁相关的过程。

一言以蔽之，离不开稀土特殊的电子结构。

2.2.3 稀土的应用
稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性，能与其他材
料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。

比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。

而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。

稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。

从一定意义上说，美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮，正缘于稀土科技领域的超人一等。

稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。

用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点，因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程；在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂，其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备挂胶少，运转稳定，后处理工序短等优点；复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。

稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光；在熔制玻璃过程中，可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用，降低玻璃中的铁含量，以达到脱除玻璃中绿色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃，其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以减轻釉的碎裂性，并能使制品呈现不同的颜色和光泽，被广泛用于陶瓷工业。

稀土钴及钕、铁、硼永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积，被广泛用于电子及航天工业；纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶，可用于微波与电子工业；用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃，可作为固体激光材料；稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料；镧镍金属是70年代新发展起来的贮氢材料；铬酸镧是高温热电材料；近年来，世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料，可在液氮温区
获得超导体，使超导材料的研制取得了突破性进展。

此外，稀土还广泛用于照明光源，投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉；在农业方面，向田间作物施用微量的硝酸稀土，可使其产量增加5~10%；在轻纺工业中，稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。

2.3稀土在铝合金的应用
稀土对铸铝合金精炼有变质复合作用。

稀土的化学活性介于碱金属和碱土金属之间，比其他金属活泼的多，稀土元素极易同氧、氢、硫、氮作用生成相应的稳定化合物，在冶金工业上，常用稀土金属或其合金脱氧、脱硫、脱氢，起净化合金和变质作用，以改善金属材料的性能。

稀土在铸铝合金中的作用可归纳为变质作用、净化作用和细化作用等三个方面[3]。

2.3.1变质作用
变质作用：稀土元素可以达到与钠、锶相似的变质效果，即可使共晶硅由片状变成短棒状和球状，改善合金性能。

稀土元素的变质作用具有相对长效性和重熔性，其变质效果可维持5～7小时。

有人对La变质寿命进行检验，含La0.056％的变质合金，经反复熔化-凝固10次仍有变质效果。

2.3.1净化作用
净化作用：研究者发现，在纯铝及铝合金中加入适量稀土后，含氢量都有明显降低，稀土可使液态合金中的含氢量降低26～60％，其除气效果明显优于c2cl6和无毒精炼剂。

稀土也可有效地去除合金中的氧化夹杂，除杂效果优于c2cl6和无毒精炼剂。

2.3.2细化晶粒作用
细化晶粒作用：研究发现，稀土加入量一定时，稀土不仅可以细化共晶硅，且能细化初晶硅和a(Al)的二次枝晶间距。

目前为了细化铝合金晶粒，主要是添加Al-Ti5-B，利用该合金结晶时包晶反应生成TiAl3作为a(Al)的非自发结晶核心，从而细化a(Al)，但Al-Ti5-B的制备比较复杂，Ti也较昂贵，所以如果用稀土来代替Ti、B作为细化剂。

将会降低生产成本[4]。

第三章稀土对铝合金硅相的影响
对于铝合金中的共晶硅相而言，稀土元素都是表面活性元素，它们在硅相生长时会优先吸附在凹谷内的缺陷处，如位错、层错等，或生长的台阶上，使硅生长受到抑制，导致硅晶体生长形态发生变化，达到了变质的效果。

在锶变质的A356合金熔体中加入表面活性的稀土元素，它与锶的原子共同吸附在硅相生长的表面上，阻碍硅生长，从而使锶的变质效果得到了强化。

稀土元素对变质效果的强化与其是一种表面活性元素有关。

稀土元素添加入铝熔体中，它将优先吸附在硅相的生长表面，从而改变了硅的生长特性，达到了其强化变质效果的作用。

3.1稀土对Si相影响
3.1.1 稀土对初晶硅的变质作用
铝硅合金共晶体中的硅相在自发生长条件下初晶硅呈现出多种不同的形态。

常见的有粗大的多面体、板状及星状等多种形态。

有科学家研究了八面体硅在过共晶铝硅合金中的生长规律。

在硅含量较高时，金属型铸造条件下常出现典型的五瓣星状初晶硅组织，初晶硅主要以五瓣星状形态存在，但初晶硅的这种形态和大小还与凝固速度有关。

还有科学家认为这种硅的形态具有五重孪晶关系，并且认为五瓣星状的初晶硅是由五个预先在熔体中存在的四面体以孪晶关系形成十面体演变而成的。

RE对初晶Si是否具有变质效果，并没有定论，这与试验采用的RE成分有关。

科研人员对RE(Ce和La混合RE)变质高硅铝合金的研究表明，RE的加入能变质初晶Si[5]。

当RE加入量大于一定值时(0.02%)，初晶Si形态开始发生改变。

变质后的初晶硅平均晶粒尺寸可以达到50μm以下。

但是也有研究表明RE 对初晶Si没有变质效果，科研人员指出仅加入变质剂RE，并且RE的成分为La和Y时，对初晶Si没有变质效果。

但是大家普遍认同的一个观点是，当P 和RE联合变质时，RE对初晶Si具有一定的变质效果。

3.1.2 稀土对共晶硅的变质作用
用扫描电镜，透射电镜等测试手段对Al-Si合金共晶组织进行考察，如果表明在未变质时，共晶硅呈板状，并有{111}惯习面，当生长速度缓慢时，有<211>
择优生长方向，硅片的大角度分支是由于{111}孪晶系的增殖所引起的，每两个孪晶系之间的夹角为70.53°，共晶片上无规则生长台阶和铸铁中的石墨的分支十分类似。

变质后共晶硅变为纤维状，成多面生长，择优方向为<100>，少数为<110>，含高密度的{111}复合孪晶，这种复合孪晶决定共晶硅的生长和分支方式。

共晶Si变质剂一般有Na，Sr以及RE。

最开始的研究集中在采用Na盐变质共晶Si，但是Na并不是长效变质剂，随着保温时间的增长，变质效果衰退，并且Na对设备的腐蚀性大，污染环境。

因此开发了Sr盐作为共晶变质剂，但是Sr增加了铝合金的吸氢倾向，降低了材料性能，并且Sr价格昂贵，限制了Sr的使用[6]。

RE功能优异、储量丰富，近年来国内外的研究集中在RE对共晶硅的变质作用上，当加入适量的稀土时，能使针状的共晶Si变成短杆状甚至是球粒状。

但是稀土加入量过大时，共晶Si反而发生恶化，尺寸变大。

科研人员对RE变质共晶Si效果研究表明，当采用Al-RE10的中间合金作为变质剂时，加入少量的变质剂，共晶Si具有良好的变质效果，从针状变为短杆状[7]。

并与变质剂Na作对比，保温时间4小时内，变质效果无衰退，比Na具有长效性，并且RE的重熔性优于Na。

也有研究表明RE对于共晶Si的变质效果与RE的成分有关。

科研人员研究了单一稀土元素以及混合稀土对共晶Si变质效果的影响，Eu具有最强的变质效果，其次是La，混合稀土Ce，Pr，Nd的变质效果较La弱。

Er，Y由于原子半径较小，基本上无变质效果。

RE的加入方式有中间合金和稀土盐，与RE中间合金的变质剂相比，稀土盐具有加入量少、成本低、加入后在铝合金中不产生偏聚等优点，因此值得推广。

3.2具体稀土元素对铝合金中Si相的影响
3.2.1 Ce对Si相的影响
经科学家实验，Ce在加入量为0，0.2%，0.5%，1%，2%变质处理60min 时的变质效果，当Ce的加入量为0.2%时，变质效果不明显，共晶Si仍为粗大的板片状，粗大的初晶Si尺寸略有减小；当Ce的加入量为0.5%时，共晶Si 由粗大的板片状变为短杆状，初晶Si变得更加细小；当Ce的加入量超过1%时，得到完全变质组织，共晶Si变为细小的珊瑚状。

当Ce的加入量为2%时，与1%时组织相比，共晶Si形态和尺寸基本没有变化。

科学家[8]认为Ce在共晶Al-Si 合金中的作用机理为：含Ce共晶Al-Si合金中，初生a-Al析出时，Ce富集在
结晶界面前沿的液相中，共晶转变开始后，一方面液相中Ce原子逐渐吸附于共晶Si的晶胚上，使晶胚难以形核长大；另一方面由于共晶Si结晶时存在大量孪晶缺陷，表面活性元素Ce原子将取代Si原子吸附在孪晶凹坑处，阻碍共晶Si 沿孪晶方向的生长，改变共晶Si的形貌，这两方面的综合作用抑制了共晶Si 的生长并改善了共晶Si的形貌。

3.2.2 Nd对Si相的影响
将0.3％Nd加入到过共晶Al-17.5％Si合金中可同时细化初生硅和共晶硅，初生硅尺寸由40-60μm减小到10到30μm，初生硅从星状和不规则的形状变成较细的多面体形状，共晶硅从长针状变成球状或短棒状。

经过0.3％Nd变质后，硅相中的孪晶显著增多，孪晶密度增加。

一般认为，变质后台金硅晶体中的挛晶密度比未变质合金硅晶体中孪品密度要高得多。

未变质的硅相上存在李晶，但孪品密度很低，这是由合金中杂质引起的。

因杂质元素很少，能促使硅产生孪晶的杂质就更少，所以挛晶密度根低。

将稀土元素Nd变质剂加入到合金后，因Nd的原子半径为R Nd=0.182nm，能促使硅相产生孪晶，所以孪晶密度剧增。

但当孪晶未达到一定密度之前，硅的生长仍然足各相异性的”[9]。

3.2.3 La对Si相的影响
在常规铸造条件下，Al-17Si合金中的初晶Si呈细分支五次对称放射状和羽毛状；共晶Si主要呈针片状，长宽比大。

0.3wt.%La的加入使得Al-17Si合金中的放射状初晶Si的分枝开始碎化，羽毛状初晶Si一侧的层片也已经开始分解；同时，针状共晶Si的长宽比大大减小，取向趋于随机分布，这说明0.3wt.%La已经使得初晶Si和共晶Si都得到了初步变质。

而添加1%La起到了明显的变质效果，Al-17Si合金中的放射状以及羽毛状初晶Si完全消失了，同时一部分针状共晶Si已经被变质为细小的多边形颗粒，在变质共晶Si基体上还可发现一些黑色针状相。

添加3%La使共晶Si获得了实质性的变质，绝大多数共晶Si都变成了等轴状颗粒或长宽比较小的圆棒状。

从以上实验结果可以看出，稀土La对初晶Si和共晶Si的变质作用有所不同，在实验条件下，稀土La对共晶Si的变质效果要好于其对初晶Si的变质作
用[10]。

同时，La的添加量也有最佳范围，随La含量的增加，变质效果增强，达到3%时，对Si相的变质作用最大，6%的La产生明显的过变质作用[11]。

3.2.4 Y对Si相的影响
由于Y的加入使共晶硅中细小硅纤维结构消失，Si相共晶呈现一定程度的亚晶球粒状和条状组织，这是因为Y可以有选择吸附在Si的某些位向，并导致其在这些方向的优先生长速度减小，结果各向同性生长机会增加，针状共晶硅变成粒状亚共晶硅[12]。

3.2.5 La、Y共同对Si相的影响
当镧加入量一定时，随钇含量增加，初晶硅尺寸减小，n增多。

当钇含量不变时，镧从0.6%增加到1.0%，初晶硅尺寸减小，n增多；加入1.4%镧时，初晶硅反而粗化，但仍比镧加入量少时要细小。

当镧、钇含量为1.0%和0.18%，磷加入量为0.06%时，初晶硅可得到最佳的变质效果，初晶硅数量n=84个/mm2，平均尺寸为22μm。

镧、钇加入后，在0.6%～1.4%La和0.10%～0.18%Y范围内，共晶硅可得到不同程度的变质，针状共晶硅变成短杆状和蠕点状共晶硅，且杆状共晶端部圆滑。

经深腐蚀后，扫描电镜观察发现共晶硅由片状变成珊瑚状。

实验发现，只要有镧存在，共晶硅就会有不同程度的变质，而单独加入钇，共晶硅形貌变化不大，说明镧在共晶硅变质中起主要作用，钇通过影响镧的偏聚和含镧化合物的形成而影响变质效果。

加入1.0%La和0.1%Y，变质效果最好。

镧、钇细化初晶硅的原因是其在硅表面的吸附。

吸附在初晶硅表面上的稀土可有效地抑制初晶硅的长大，加大过冷、细化初晶硅。

镧含量过高时，易聚集长成富镧化合物，使初晶硅周围镧贫化，吸附作用不足造成初晶硅粗化。

钇由于可以阻止粗大富镧化合物的形成使镧贫化得以改善，细化了初晶硅。

综合金相组织和理论分析，镧、钇和钠变质共晶硅的机理是相同的。

合金的性能和初晶硅及共晶硅变质效果好坏密切相关。

镧从0.6%～1.0%时，使共晶硅和初晶硅更细小；镧为1.4%时，共晶硅及初晶硅粗化。

而高温强度和富镧化合物的大小关系更大，即细小化合物的弥散分布使高温强度有较大提高[13]。

3.2.6 Er对Si相的影响
当w Er在0.05%、0.1%时，a-Al相晶粒较细小，初晶Si量较少且分散分布，。